Ny forskningsanläggning gör det möjligt att följa molekyler i realtid

Rubén Casanova Sáez laddar ett prov i mikroflödesenheten av C-Trap-instrumentet.

BildMattias Pettersson

C-Trap-instrumentet är placerat i ett fönsterlöst rum och kan vid första anblick verka oansenligt men dess kapacitet är imponerande. Kärnan är en optisk pincett med två starkt fokuserade laserstrålar som kan fånga in och hålla fast små partiklar eller molekyler. På så sätt kan deras mekaniska egenskaper analyseras samtidigt som omgivningen manipuleras.

- Med C-Trap kan vi till exempel visualisera hur ett enskilt protein binder till en DNA- eller RNA-molekyl som hålls på plats av laserfällorna, förklarar Rubén Casanova Sáez, ansvarig för den nyetablerade C-Trap-anläggningen vid Umeå Plant Science Centre.

- Vi kan övervaka hur snabbt och starkt proteinet binder och undersöka hur olika ämnen eller mekaniska krafter påverkar denna interaktion - allt i realtid.

Inuti flödescellen, en liten kammare, strömmar molekyler och den omgivande vätskan genom en smal kanal. Flödescellen är kopplad till ett konfokalmikroskop, vilket gör det möjligt att övervaka och avbilda molekylerna i realtid.

BildMattias Pettersson

Nya möjligheter att studera molekylär dynamik

Förutom den optiska pincetten innehåller C-Trap-instrumentet en mikroflödesenhet och ett konfokalmikroskop. Mikroflödesenheten gör det möjligt att justera flödet och snabbt tillföra nya substanser, vilket ger forskarna kontroll över miljön runt den fångade molekylen. Samtidigt kan konfokalmikroskopet ta högupplösta bilder av molekylen och dess omgivning och på så sätt kan forskarna följa molekulära interaktioner i detalj.

- Vi kan också observera dynamiska processer som DNA-transkription där proteiner inte bara binder utan även rör sig längs DNA-strängen, säger Rubén Casanova Sáez.

- C-Trap gör det möjligt för oss att mäta hur snabbt dessa proteiner rör sig, registrera var de stannar upp och hur länge, och kvantifiera den kraft de utövar på DNA:t när de rör sig. Vi kan även studera hur starkt vissa molekyler interagerar med cellmembranreceptorer eller mäta de krafter som är involverade i proteinveckning.

Med hjälp av joysticken styrs laserstrålarna – som visas som små röda cirklar på mittenskärmen – för att fånga in en molekyl.

BildMattias Pettersson

Umeå universitet har sedan tidigare avancerade faciliteter för avbildning av enstaka molekyler, såsom Biochemical Imaging Centre Umeå och även egenutvecklade optiska pincetter från Biofysik och biofotonikgruppen vid Institutionen för fysik, men C-Trap erbjuder något nytt. Det unika ligger i integrationen av flera tekniker, vilket gör det möjligt att studera både molekylära mekanismer och mekaniska egenskaper i en dynamisk realtidsmiljö.

Ett centralt verktyg för att främja forskning inom olika områden

- Den här tekniken är grundläggande för många forskningsområden, bland andra immunologi, cellmekanobiologi, mikrobiologi, virologi och fysik, säger Rubén Casanova Sáez.

- C-Trap kan bidra till att besvara en mängd olika forskningsfrågor och jag ser fram emot att samarbeta med forskare från olika discipliner. Alla som är intresserade av att använda C-Trap,eller bara är nyfikna på hur den kan stödja deras forskning, är varmt välkomna att besöka anläggningens hemsida och kontakta mig.

Doktorand Léa Bogdziewiez (till vänster), en av de första användarna av C-Trap-faciliteten, använder den för att studera hur växtceller håller ihop.

BildMattias Pettersson

För närvarande pågår tre forskningsprojekt vid C-Trap-anläggningen och fler är under förberedelse i samarbete med forskare inom medicinsk kemi och biofysik, klinisk mikrobiologi samt fysik. Användarna av anläggningen får omfattande stöd genom hela processen, från experimentell design och provberedning till återkoppling under datainsamling. Det finns även möjlighet till introduktionsträning i hur man använder C-Trap, tillsammans med stöd för dataanalys och tolkning, för alla som är intresserade.

- När vi först började sätta upp anläggningen kändes det som en stor utmaning, berättar Rubén Casanova Sáez.

- Men jag hade turen att få starkt stöd, särskilt från vår styrgrupp och dess ordförande Åsa Strand. I dag är vi en officiell KBC-forskningsinfrastruktur och har nyligen erkänts som en forskningsinfrastruktur vid Umeå universitet. Med ett växande antal projekt och samarbeten hoppas jag att C-Trap-anläggningen ska utvecklas till ett tvärvetenskapligt forskningsnav vid Umeå universitet.